材料力学课程设计单缸柴油机曲轴的强度设计.docx

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题目：单缸柴油机曲轴的强度设计
及刚度计算、疲劳强度校核
指导老师：

2013.10.05

目录

课程设计的目的…………………………………….………2
课程设计的任务和要求………………………………….…2
设计题目…………………………………………………….3
画出曲轴的计算简图及内外力分析……………………….4
设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D……………………….7
设计曲柄臂的尺寸………………………………………….8
校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度……………………..10
用能量法计算A-A截面的转角,…………………….11
设计和计算的合理性，优缺点及改进意见和措施………13
设计体会……………………………………………………13
参考文献……………………………………………………14
附录……………………………………………………...….15

课程设计的目的
材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。
2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。
3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。
课程设计的任务和要求
要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。

设计题目
某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E、μ，许用应力为[σ]，G处输入转矩为，曲轴颈中点受切向力、径向力的作用，且=。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤≤1.6，2.5≤≤4,=1.2r,已知数据如下表：

0.110.181500.271201800.050.7814.44200.06

画出曲轴的内力图。
设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D。
校核曲柄臂的强度。
校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2。键槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工。
用能量法计算A-A截面的转角,。

曲轴的计算简图

外力分析
计算外力偶矩
Me=9549=9549*=327
==5457N
==2728N
利用平衡条件计算支座反力
在XOY平面内：==1693N
==1035N
在XOZ平面内：==3387N
==2070N
内力分析
不计弯曲切应力（故未画出剪力图），弯矩图画在纤维受压的一侧，根据内力图确定危险截面。
=1\*GB3①主轴颈EB左端截面最危险，受扭转和两向弯曲
=Me=327
=*（–）=298
=*（–）=149
=2\*GB3②曲柄臂DE段下端截面最危险，受扭转、两向弯曲和压缩
=Me=327
=*（–）=298
=*（–）=149
==1035N
=3\*GB3③连杆轴颈颈CD段中间截面最危险，受扭转和两向弯曲
=*r=203
=*=373
=*=186

设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D
（1）主轴颈的危险截面为EB的最左端，受扭转和两向弯曲
根据主轴颈的受力状态，可用第三强度理论计算
=≤[]
其中=
(2)曲轴颈CD属于圆轴弯扭组合变形，由第三强度理论，在危险截面中：

编辑程序，求解h，b。

设计曲柄臂的尺寸
曲柄臂的危险截面为矩形截面，且受扭转、两向弯曲及轴力作用（不计剪力），曲柄臂上的危险截面的应力分布图如下图：

根据应力分布图可判定出可能的危险点为，，。

（1）点：点处于单向应力状态

（2）点：点处于二向应力状态，存在扭转切应力

点的正应力为轴向力和绕z轴的弯矩共同引起的

由第三强度理论

（3）点：点处于二向应力状态

根据第三强度理论

（4）1.4≤≤1.6，2.5≤≤4
通过查表，由插入法可得，
最佳曲柄臂的尺寸是在满足上述四个条件的基础上使其面积S=hb达到最小值，编辑程序，

由程序得h,b的最佳值为，，，。
校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度
球墨铸铁（QT450-5）强度极限